專利名稱：一種氧活性粒子處理污水設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于氣體電離放電、等離子體化學和水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氧活 性粒子注入輸水管道中產(chǎn)生羥基自由基致死微小生物氧化、降解水中污染物的設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著全球人口的急劇增長，工業(yè)發(fā)展迅速，全球水資源狀況迅速惡化，“水危機”日 趨嚴重。一方面，人類對水資源的需求以驚人的速度擴大；另一方面，日益嚴重的水污染蠶 食大量可供消費的水資源。污水處理已成為與自來水生產(chǎn)、供水、排水、中水回用行業(yè)處于 同等重要的地位。當前處理污水的方法主要有物理處理法、生化處理法和化學處理法。物理法主要 包括吸附、吹脫、重力分離等，其結(jié)果并沒有徹底去除污染物，只是改變了污染物存在形態(tài) 和方式。目前我國自來水處理工藝基本上都是混凝、沉淀、過濾這些物理法為主，再加氯消 毒的傳統(tǒng)工藝。這種工藝雖然對去除水中的濁度，懸浮物、膠體、色度等具有良好的效果，但 是對去除水中有機物的作用卻很低。許多天然大分子有機物、氯化消毒副產(chǎn)物、藻類及藻毒 素、致病微生物等給飲用水處理帶來了極大不利；特別是許多藻類在水中大量繁殖后，會產(chǎn) 生水藻臭、魚腥臭等不同臭味，而且在含藻量大的水中，普遍具有色度高的特點，增大了水 處理的難度。藻類不但給飲用水造成處理上的難點，其過量繁殖可引發(fā)赤潮，更給海洋環(huán)境 造成巨大破壞。生化處理法，即利用細菌來分解污染物是最經(jīng)濟和最常用的污水處理方法。但是， 生物處理法在廢水中含有高濃度有機或有毒化合物時并不十分有效。如制藥廢水，制藥生 產(chǎn)過程中的許多藥物為有機合成物，其中有機污染物造成了制藥廢水的COD值高且波動性 大，可生化性差，色度深，毒性大；并且出于其行業(yè)的特殊性，許多生產(chǎn)抗生素的廢水，難以 被降解，給廢水的生化處理帶來了很大的難度。污水必須使用氯氣等化學物質(zhì)經(jīng)過反復(fù)處 理，這樣治理成本便大大增加了。而且，在含有高濃度蛋白質(zhì)、PH值非常高或非常低的廢水 中，細菌很難存活。化學法中的高級氧化技術(shù)能夠產(chǎn)生具強氧化性的羥自由基(·0Η)，· OH(Etl = 2. 80V)與氟的氧化能力相當，是進攻性最強的化學物質(zhì)之一，它幾乎能和所有的生物大分 子、有機物和無機物發(fā)生不同類型的化學反應(yīng)，將有機污染物最終氧化成二氧化碳、水和礦 物鹽，具有處理時間短、無選擇性的優(yōu)點，因而對處理制藥、印染等工業(yè)廢水十分有效，近年 來發(fā)展迅速。高級氧化技術(shù)的核心是羥基自由基(· 0Η)的制備，它的規(guī)模高效生成一直 是學術(shù)界研究的熱點和難點。常用的制備方法如過氧化氫(H2O2)、紫外線(UV)、Fenton法 (H202+Fe+2,Cu+2催化劑)、臭氧(O3)、水激勵方法等成熟技術(shù)和工藝協(xié)同作用，及光+半導(dǎo)體 催化(TiO2)、電子束輻射等方法生成· 0H，都存在這樣那樣的問題，如1)制取· OH濃度小、產(chǎn)生量低，處于實驗室研究和小規(guī)模應(yīng)用階段；2)生化反應(yīng)時長20 360min ；3)需外加大量藥劑及催化劑如H2O2等，易爆炸、成本高；
3[0009]4)UV照射穿透能力差，難以用于污水處理工程；5)工藝系統(tǒng)龐大(鼓泡塔、氧化塔等)，運行費用高、占地面大。除飲用水、生活污水和工業(yè)廢水外，海水的污染也已引起廣泛重視。上世紀70年 代北美水母入侵黑海，嗜食浮游生物、魚卵及育苗，給鳳尾魚和鯡魚養(yǎng)殖業(yè)帶來了滅頂之 災(zāi)。船舶壓載水是造成地理性隔離水體間有害生物傳播的最主要途徑。據(jù)國際海事組織資 料報道，每年有10億噸船舶壓載水被搬運，每天可有3000多種動植物隨壓載水被運到世 界各地不同的海域，入侵當?shù)厮虿⒋罅糠敝硵U散，破壞當?shù)厮虻纳鷳B(tài)平衡，影響公眾健 康。而現(xiàn)有的壓載水處理設(shè)備和方法都存在許多問題1) ‘在航深海更換壓載水的方法’耗能高，且操作、運行時間過長；2)為保證殺滅微生物而過量加氯的方法不但加重腐蝕船艙中的設(shè)施更會產(chǎn)生致 癌有機氯化物，在船上存放數(shù)噸的液氯會存在泄露、爆炸等安全問題；3)目前可采用的方法如在航更換處理或在目的地港口進行岸上處理都存在安全 和能耗大，或當?shù)卣顿Y幾樣口維護設(shè)置管理等問題。因此，開發(fā)一種簡單、有效的在線 治理壓載水的裝備迫在眉睫。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種氧活性粒子注入輸水管道中的羥基自由基致死微小生物，氧 化、降解有機污染物的設(shè)備。本裝備的設(shè)計遵循了國際化學界研究前沿“綠色化學”原則， 采用天然物質(zhì)02、H2O為原料，在綠色環(huán)境友好的常溫常壓及無催化劑條件下，利用大氣壓 強電場放電的極端物理手段，將O2離解電離(8. 4eV, 12. 5eV)、H2O電離(12. 6eV)生成O2+、 0 (1D)、0 (3P)、H20+、H2O*等活性粒子，將所生成的高濃度氧活性粒子(O2+、O3等)注入輸水管 道分支后，氧活性粒子O2+與水反應(yīng)生成高初始反應(yīng)速率常數(shù)為2. 2X106L/mol. s的過氧羥 基離子H02_引發(fā)劑，氧活性粒子與引發(fā)劑進行等離子體反應(yīng)生成以·0Η為主的活性粒子基 團，殺滅微小生物，氧化、降解有機污染物質(zhì)；此裝備簡單、高效，適用于多種水處理環(huán)境，不 但解決了現(xiàn)有高級氧化技術(shù)裝備存在的多種問題，更實現(xiàn)了不用催化劑、吸收劑和還原劑， 不產(chǎn)生任何再污染的副產(chǎn)品，不對環(huán)境產(chǎn)生任何負面影響的資源化污水處理設(shè)備。本實用新型解決技術(shù)問題所采用技術(shù)方案是一種氧活性粒子處理污水的設(shè)備，該氧活性粒子處理污水的設(shè)備包括氧活性粒子 發(fā)生設(shè)備和羥基溶液產(chǎn)生設(shè)備；所述的氧活性粒子發(fā)生設(shè)備包括空氣壓縮機、高壓儲氣罐、 電離電場為精度ι. ο μ m的三級空氣過濾器、200 400Td的氧活性粒子發(fā)生器、可在線檢測 IO6 1015/cm3的02+、60 500mg/L的O3的氧活性粒子分析儀、與氧活性粒子分析儀連接的 示波器以及控制氧活性粒子分析儀的高頻高壓電源；其中高頻高壓電源采用頻率為400 10000Hz、輸出電壓為1 20kV的高頻高壓電源，該高頻高壓電源與氧活性粒子發(fā)生器連 接，控制氧活性粒子發(fā)生器電離、離解成濃度達IO8 IO1Vcm3的氧活性粒子；示波器連接 在氧活性粒子發(fā)生器上；氧活性粒子分析儀連接于氧活性粒子發(fā)生器的輸出管路上；氧活 性粒子發(fā)生器主要由放電極板、接地極板、電介質(zhì)層和隔片組成；該氧活性粒子發(fā)生器與中 國授權(quán)專利03133447. 4在船上輸送壓載水過程中殺滅生物的方法及設(shè)備(授權(quán)公開號 CN1197768C)中的游離基產(chǎn)生器基本相同。羥基溶液產(chǎn)生設(shè)備主要由文丘里氣液混合器、從輸水管道取水進入文丘里氣液混合器的泵、流量計等組成；流量計安裝在文丘里氣液混合器出口。氧活性粒子發(fā)生器利用高頻高壓電源強電場放電的極端物理手段，將空氣中的 氧氣電離生成小流量高濃度的02+、O3等氧活性粒子注入羥基自由基產(chǎn)生裝備B (輸水管道 分支)中，氧活性粒子中O2+與水在文丘里氣液混合器中發(fā)生等離子體化學反應(yīng)生成高濃度 (60mg/L 300mg/L)、高初始反應(yīng)速率常數(shù)(2. 2X106L/mol. s)的H02_過氧羥基離子引發(fā) 劑，02+、O3等氧活性粒子與引發(fā)劑H02_反應(yīng)生成高濃度羥基自由基· 0H(2mg/L 60mg/L)， 再注入輸水主管道中殺滅微小生物，氧化、降解污染物質(zhì)。在輸水管道中注入氧活性粒子， 與水反應(yīng)生成高濃度HO2-引發(fā)劑繼而產(chǎn)生羥基自由基溶液的具體過程如下(一)氧活性粒子制取。本實用新型的氧活性粒子發(fā)生裝備采用介質(zhì)阻擋強電場電離放電方法把O2制成 濃度達到80mg/L 400mg/L的氧活性粒子。在放電極與接地極之間的0. 5mm 0. Olmm放 電間隙中建立折合電場強度在200Td 400Td范圍內(nèi)電離放電場，電子從電場中獲得平均 能量達到6eV 9eV，其中大部分電子所具有的最有用能量(8. 4eV 12. 5eV)將沉積在O2 上，足以把O2離解、電離成高濃度活性粒子，并在電場參數(shù)調(diào)控下分別定向合成氧活性粒子 02\ O3, O(3P), O(1D)。產(chǎn)生氧活性粒子等離子體反應(yīng)模式如圖2中A所示，其等離子體反應(yīng)
式如下
權(quán)利要求1. 一種氧活性粒子處理污水的設(shè)備，其特征在于該氧活性粒子處理污水的設(shè)備包括 氧活性粒子發(fā)生設(shè)備和羥基溶液產(chǎn)生設(shè)備；所述的氧活性粒子發(fā)生設(shè)備包括空氣壓縮機、高壓儲氣罐、精度為Ι.Ομπι的三級空氣 過濾器、電場強度為200 400Td的氧活性粒子發(fā)生器、可在線檢測IO6 1015/cm3的O2+、 60 500mg/L的O3的氧活性粒子分析儀、與氧活性粒子發(fā)生器連接的示波器以及控制氧 活性粒子發(fā)生器的高頻高壓電源；其中高頻高壓電源頻率范圍為0 10000Hz、輸出電壓為 1 20kV，此電源控制氧活性粒子發(fā)生器將化電離、離解成濃度達IO8 IO1Vcm3的氧活性 粒子；示波器連接在氧活性粒子發(fā)生器上；氧活性粒子分析儀連接于活性粒子發(fā)生器的輸 出管路上；氧活性粒子發(fā)生器主要由放電極板、接地極板、電介質(zhì)層和隔片組成；羥基溶液產(chǎn)生設(shè)備主要由文丘里氣液混合器、從輸水管道取水進入文丘里氣液混合器 的泵、流量計等組成；流量計安裝在文丘里氣液混合器出口。
專利摘要本實用新型涉及一種氧活性粒子處理污水的設(shè)備，屬于氣體電離放電、等離子體化學和水處理技術(shù)領(lǐng)域。其特征是該處理污水的設(shè)備包括氧活性粒子發(fā)生設(shè)備和羥基溶液產(chǎn)生設(shè)備；氧活性粒子發(fā)生設(shè)備包括空氣壓縮機、高壓儲氣罐、三級空氣過濾器、氧活性粒子發(fā)生器、氧活性粒子分析儀、示波器以及高頻高壓電源；高頻高壓電源控制氧活性粒子發(fā)生器生成濃度達108～1014/cm3的氧活性粒子；羥基溶液產(chǎn)生設(shè)備主要由文丘里氣液混合器、從輸水管道取水進入文丘里氣液混合器的泵、流量計等組成。由氧活性粒子發(fā)生器生成的氧活性粒子O2+、O3等與水反應(yīng)生成羥基自由基·OH，反應(yīng)速率快，生成·OH的濃度高(達到2～60mg/L)，流程短，設(shè)備少，成本低，能耗小，無二次污染。
文檔編號C02F1/72GK201890799SQ20102062020
公開日2011年7月6日 申請日期2010年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月20日
發(fā)明者張芝濤, 楊波, 白希堯, 白敏冬, 白敏菂, 薛曉紅 申請人:大連海事大學